Звукосниматель — это преобразователь , который улавливает или воспринимает механические вибрации, производимые музыкальными инструментами , особенно струнными инструментами , такими как электрогитара , и преобразует их в электрический сигнал, который усиливается с помощью инструментального усилителя для воспроизведения музыкальных звуков через громкоговоритель в корпусе динамика. . Сигнал со звукоснимателя также можно записать напрямую.
Первый электрический струнный инструмент со звукоснимателями, слайд-гитара « Сковорода », был создан Джорджем Бошампом и Адольфом Рикенбакером примерно в 1931 году .
В большинстве электрогитар и электробасов используются магнитные звукосниматели. В акустических гитарах , контрабасах и скрипках часто используется пьезоэлектрический звукосниматель. [ нужна цитата ]
Типичный магнитный датчик представляет собой преобразователь (в частности, датчик с переменным сопротивлением ), который состоит из одного или нескольких постоянных магнитов (обычно алнико или феррита ), обернутых катушкой из нескольких тысяч витков тонкой эмалированной медной проволоки. Магнит создает магнитное поле , которое фокусируется полюсным наконечником или частями звукоснимателя . [2] Постоянный магнит в звукоснимателе намагничивает гитарную струну, находящуюся над ним. Это заставляет струну генерировать магнитное поле, соответствующее полю постоянного магнита. Когда струну передергивают, магнитное поле вокруг нее движется вверх и вниз вместе со струной. Это движущееся магнитное поле индуцирует ток в катушке датчика, как это описано законом индукции Фарадея . [3] Типичное выходное напряжение может составлять 100–300 милливольт. [ нужна цитата ]
Звукосниматель подключается патч-кабелем к усилителю , который усиливает сигнал до мощности, достаточной для работы громкоговорителя ( для которого могут потребоваться десятки вольт). Звукосниматель также можно подключить к записывающему оборудованию через патч-кабель.
Звукосниматель чаще всего крепится на корпусе инструмента, но может крепиться и на бридж , гриф или накладку . Звукосниматели различаются по мощности и стилю. Некоторые звукосниматели могут быть однокатушечными, в которых одна катушка улавливает звук всех струн, в то время как другие звукосниматели могут быть хамбакерами с двойной катушкой . Особый тип хамбакера, характерный для бас-гитар типа Precision , называется звукоснимателем с разделенной катушкой: две катушки, каждая из которых улавливает разные струны, на 4-струнной бас-гитаре одна катушка - струны E и A, вторая - струны D и G. нить. [4] Звукосниматель — один из наиболее важных аспектов различения звука электрогитары. Большинство моделей гитар отличаются звукоснимателями, которые служат новым преимуществом для гитарных компаний.
Звукосниматели имеют магнитные полюса, обычно один или два на каждую струну, за заметным исключением звукоснимателей с рейкой и трубкой для губной помады . Одиночные полюсные наконечники расположены примерно по центру каждой струны, тогда как двойные полюсные наконечники, такие как стандартные звукосниматели на Fender Jazz Bass и Precision Bass , расположены по обе стороны от каждой струны.
На большинстве гитар струны не полностью параллельны: они сходятся у порожка и расходятся у подставки. Таким образом, бриджевые, нековые и средние звукосниматели обычно имеют разное расстояние между полюсами на одной и той же гитаре.
Существует несколько стандартов размеров звукоснимателей и расстояния между струнами. Расстояние измеряется либо как расстояние между центрами 1-го и 6-го полюсов (это также называется расстоянием «E-to-E»), либо как расстояние между центрами соседних полюсов.
В некоторых звукоснимателях с высокой выходной мощностью используются очень сильные магниты, что создает больший магнитный поток и, следовательно, большую выходную мощность. Это может нанести вред конечному звуку, поскольку притяжение струн магнитом (так называемое захват струны [5] ) может вызвать проблемы с интонацией, а также демпфировать струны и уменьшить сустейн .
Другие звукосниматели с высокой выходной мощностью имеют больше витков провода для увеличения напряжения, создаваемого движением струны. Однако это также увеличивает выходное сопротивление и импеданс звукоснимателя , что может повлиять на высокие частоты, если звукосниматель не изолирован буферным усилителем или блоком цифрового входа .
Витки провода, расположенные рядом друг с другом, имеют эквивалентную собственную емкость.которое, будучи добавлено к любой имеющейся емкости кабеля, резонирует с индуктивностью обмотки . Этот резонанс может подчеркивать определенные частоты, придавая звукоснимателю характерное качество звука. Чем больше витков провода в обмотке, тем выше выходное напряжение [6] , но тем ниже эта резонансная частота .
Расположение паразитных сопротивлений и емкостей на входе гитары, кабеля и усилителя в сочетании с импедансом индуктивного источника , присущим этому типу преобразователя , образует резистивно-демпфированный фильтр нижних частот второго порядка , вызывающий необнаруженный эффект нелинейности. в пьезоэлектрических или оптических преобразователях. Звукосниматели обычно рассчитаны на высокое входное сопротивление , обычно МОм или более, а нагрузка с низким импедансом увеличивает затухание более высоких частот. Типичная максимальная частота звукоснимателя с синглом составляет около 5 кГц, при этом самая высокая нота на типичном гитарном грифе имеет основную частоту 1,17 кГц.
Звукосниматели с одной катушкой действуют как направленная антенна и склонны улавливать гул сети — неприятные электромагнитные помехи переменного тока от электрических силовых кабелей, силовых трансформаторов, люминесцентных ламп, видеомониторов или телевизоров — вместе с музыкальным сигналом. Шум сети состоит из основного сигнала номинальной частотой 50 или 60 Гц, в зависимости от местной частоты тока, и обычно некоторого содержания гармоник.
Чтобы преодолеть эту проблему, Джозеф Рэймонд «Рэй» Баттс (для Gretsch ) изобрел хамбакерный звукосниматель, а Сет Ловер также работал над ним для Gibson . [7] Кто разработал его первым, является предметом споров, но Баттс получил первый патент ( патент США 2 892 371 ), а следующим стал Лавер ( патент США 2 896 491 ).
Звукосниматель хамбакера состоит из двух катушек, каждая из которых намотана в обратную сторону по отношению к другой. Каждый набор из шести магнитных полюсов также имеет противоположную полярность. Поскольку окружающий шум от электрических устройств достигает катушек как синфазный шум , он индуцирует одинаковое напряжение в каждой катушке, но сдвинуто по фазе на 180 градусов между двумя напряжениями. Они эффективно гасят друг друга, а сигнал от гитарной струны удваивается.
При последовательном подключении, что наиболее распространено, общая индуктивность звукоснимателя увеличивается, что снижает его резонансную частоту и ослабляет более высокие частоты, давая менее высокие частоты (т. е. более «жирные»), чем у любого из двух компонентных одиночных датчиков. катушечные звукосниматели отдадут в одиночку.
Альтернативная схема подключения включает понижающие катушки параллельно , что оказывает более нейтральное влияние на резонансную частоту. Такая разводка звукоснимателей встречается редко, [8] поскольку гитаристы привыкли ожидать, что хамбакеры «имеют звук», а не настолько нейтральны. На хороших джазовых гитарах параллельное подключение обеспечивает значительно более чистый звук [8] , поскольку пониженное сопротивление источника приводит в движение емкостный кабель с меньшим затуханием высоких частот.
Хамбакеры , расположенные рядом друг с другом, воспринимают более широкую секцию каждой струны, чем звукосниматель с одной катушкой. [9] При захвате большей части вибрирующей струны в сигнале, создаваемом звукоснимателем, присутствует больше нижних гармоник по сравнению с высокими гармониками, что приводит к более «жирному» тону. Звукосниматели хамбакеры в узком форм-факторе сингла, разработанные для замены сингловых звукоснимателей, имеют более узкую апертуру, напоминающую апертуру синглового звукоснимателя. Некоторые модели этих хамбакеров, заменяющих одну катушку, производят более подлинное сходство с классическими сингловыми тонами, чем полноразмерные хамбакеры с аналогичной индуктивностью.
Большинство электрогитар имеют два или три магнитных звукоснимателя. Комбинация звукоснимателей называется конфигурацией звукоснимателей , обычно обозначаемой путем записи типов звукоснимателей в порядке от бриджевого звукоснимателя через средний звукосниматель (-и) до некового звукоснимателя, используя «S» для сингла и «H» для хамбакера. Обычно бриджевый звукосниматель называется ведущим, а нековый - ритмическим. [10]
Общие конфигурации пикапа включают в себя:
Менее часто встречающиеся конфигурации:
Примеры редких конфигураций, которые используются только в нескольких конкретных моделях, включают:
Пьезоэлектрический датчик содержит пьезокристалл, который преобразует вибрации непосредственно в изменяющееся напряжение.
Многие полуакустические и акустические гитары , а также некоторые электрогитары и бас-гитары оснащены пьезоэлектрическими звукоснимателями вместо магнитных звукоснимателей или в дополнение к ним. Они имеют совершенно другой звук, а также имеют то преимущество, что не улавливают никаких других магнитных полей, таких как шум сети и обратная связь от контуров мониторинга. В гибридных гитарах эта система позволяет переключаться между магнитным звукоснимателем и пьезозвуком или одновременно микшировать выходной сигнал. Гитары с цельным корпусом и только пьезозвукоснимателем известны как бесшумные гитары и обычно используются для занятий акустическими гитаристами. Пьезозвукосниматели также можно встроить в мосты электрогитары для преобразования существующих инструментов.
Большинство звукоснимателей для смычковых струнных инструментов, таких как виолончель, скрипка и контрабас, являются пьезоэлектрическими. Они могут быть вставлены в мост , проложены между опорами моста и верхней частью инструмента или, реже, втиснуты под крыло моста. Некоторые звукосниматели крепятся к верхней части инструмента с помощью съемной замазки .
Пьезоэлектрические датчики имеют очень высокий выходной импеданс и представляют собой емкость , включенную последовательно с источником напряжения . Поэтому они часто имеют встроенный буферный усилитель для максимизации частотной характеристики .
Пьезозвукосниматель обеспечивает очень широкий выходной частотный диапазон по сравнению с магнитными типами и может выдавать сигналы большой амплитуды со струн. По этой причине буферный усилитель часто питается от шин относительно высокого напряжения (около ±9 В), чтобы избежать искажений из-за ограничения . Менее линейный предусилитель (например, усилитель с одним полевым транзистором ) может быть предпочтительнее из-за более мягких характеристик ограничения. [11] Такой усилитель начинает искажать раньше, что делает искажения менее «жужжащими» и менее слышимыми, чем более линейный, но менее щадящий операционный усилитель . [ нужна ссылка ] Однако, по крайней мере, одно исследование [12] показывает, что большинство людей не могут отличить схемы на полевых транзисторах и операционных усилителях при слепом сравнении предусилителей электрических инструментов, что коррелирует с результатами формальных исследований других типов аудиоустройств. . Иногда пьезоэлектрические звукосниматели используются в сочетании с магнитными датчиками, чтобы обеспечить более широкий диапазон доступных звуков.
О первых звукоснимающих устройствах, использующих пьезоэлектрический эффект, см. Фонограф .
Некоторые звукосниматели устанавливаются и используются аналогично пьезоэлектрическим звукоснимателям, но используют другую базовую технологию, например, технологию электретного [13] или конденсаторного микрофона . [14]
В основном существует четыре принципа преобразования звука в переменный ток, каждый из которых имеет свои плюсы и минусы:
Система усиления с двумя преобразователями сочетает в себе качества обоих. Комбинация микрофона и пьезоэлектрического датчика обычно обеспечивает лучшее качество звука и меньшую чувствительность к обратной связи по сравнению с одиночными преобразователями. Тем не менее, это не всегда так. Менее часто используемая комбинация — пьезоэлектрический и магнитный датчик. Эта комбинация может хорошо работать для получения плотного звука с динамикой и экспрессией. Примерами усилителя с двойной системой являются Highlander iP-2, Verweij VAMP или двойной источник LR Baggs и D-TAR Multisource. [15]
Гексафонические звукосниматели (также называемые разделенными звукоснимателями и полифоническими звукоснимателями ) имеют отдельный выход для каждой струны ( гексафонический предполагает шесть струн, как на гитаре). Это позволяет осуществлять отдельную обработку и усиление для каждой струны. Это также позволяет преобразователю воспринимать высоту звука, исходящую от сигналов отдельных струн, для создания команд нот, обычно в соответствии с протоколом MIDI (цифровой интерфейс музыкальных инструментов). Гексафонический звукосниматель и преобразователь обычно являются компонентами гитары/синтезатора .
Такие звукосниматели встречаются редко (по сравнению с обычными), и существует лишь несколько примечательных моделей, таких как пьезоэлектрические звукосниматели на гитаре Moog . Гексафонические звукосниматели могут быть магнитными, пьезоэлектрическими или основанными на конденсаторном принципе, как электронные звукосниматели.
Оптические датчики — это относительно недавняя разработка, которая работает, чувствуя прерывание светового луча вибрирующей струной. Источником света обычно является светодиод, а детектором — фотодиод или фототранзистор . [16] Эти звукосниматели полностью устойчивы к магнитным и электрическим помехам, а также имеют очень широкую и плоскую частотную характеристику, в отличие от магнитных звукоснимателей.
Гитары с оптическими звукоснимателями были впервые показаны на конференции NAMM в Чикаго в 1969 году Роном Хоагом. [17]
В 2000 году Кристофер Уиллкокс, основатель LightWave Systems, представил новую бета-технологию системы оптического датчика, использующей инфракрасный свет. В мае 2001 года LightWave Systems выпустила звукосниматель второго поколения, получивший название «S2». [18]
Звукосниматели могут быть как активными, так и пассивными . Звукосниматели, помимо оптических типов, по своей сути являются пассивными преобразователями. «Пассивные» звукосниматели обычно наматываются на магнит и являются наиболее распространенным типом. Они могут генерировать электрический потенциал без необходимости внешнего питания, хотя их выходная мощность относительно невелика, а содержание гармоник на выходе сильно зависит от обмотки.
«Активные» звукосниматели включают в себя электронную схему для изменения сигнала. Активные схемы способны фильтровать, ослаблять или усиливать сигнал со звукоснимателя. Основным недостатком активной системы является необходимость наличия аккумуляторного источника питания для работы схемы предусилителя . Батарейки ограничивают конструкцию и функциональность схемы, а также доставляют неудобства музыканту. Схема может быть такой же простой, как один транзистор или несколько операционных усилителей, сконфигурированных как активные фильтры, активный эквалайзер и другие функции формирования звука. Используемые операционные усилители должны иметь маломощную конструкцию, чтобы оптимизировать срок службы батареи, а это конструктивное ограничение, которое ограничивает динамический диапазон схемы. Активная схема может содержать аудиофильтры, которые уменьшают динамический диапазон и слегка искажают определенные диапазоны. Системы активных датчиков с высокой выходной мощностью также оказывают влияние на входную цепь усилителя.
Рикенбакер был первым производителем, выпустившим на рынок стереоинструменты (гитары и бас-гитары). Их запатентованная схема «Ric-O-Sound» имеет два отдельных выходных разъема, что позволяет музыканту направлять каждый датчик на отдельную аудиоцепь (устройство эффектов, усилитель, вход микшерной консоли).
Teisco выпустила гитару со стереосистемой. [19] Teisco разделила две секции на три верхние строки и три нижние строки для каждого отдельного выхода.
Гитара Gittler выпускалась ограниченным тиражом и имела шесть звукоснимателей, по одному на каждую струну.
Гибсон создал гитару HD.6X Pro, которая улавливает отдельный сигнал для каждой отдельной струны и отправляет его на встроенный аналого-цифровой преобразователь, а затем выводит из гитары через кабель Ethernet .
